华能珞璜电厂二期DCS改造.doc

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1、华能珞璜电厂二期DCS改造摘要：本文针对珞璜电厂二期DCS改造的技术特点，进行了系统分析，对各系统改造情况逐层描述，为相应机组改造施工提供了一定的借鉴经验。一、工程背景 华能重庆珞璜电厂总装机容量2640MW，为西部最大火力发电厂。其中二期工程3#、4#机组装机为2360MW， 采用法国CEGELEC公司提供的分散控制系统ALSPA P320作为机组的主要控制系统和主要监视系统，ALSPA P320包括数据采集DAS，闭环控制CCS，顺序控制SCS，炉膛安全系统BMS等主要功能。此外，汽机控制系统采用法国GEC ALSTOM STG公司提供的MICROREC控制系统，实现了汽轮机数字电液调节系

2、统的功能。 机组投运十年来，随着部分就地设备升级改造，急需机组控制系统能升级扩能，但P320系统却因为扩展性不强等原因，不能满足机组开放式升级扩展需求。加之P320系统控制卡件老化严重，备品备件购置困难等一系列原因。为便于全厂统一管理，保障机组安全，减轻人员运行维护负担，决定对二期DCS进行统一改造。二、系统概述 二期DCS改造选用美国西屋公司的OVATION控制系统。它的最大特点是，OVATION采用了真正的开放式计算机技术，数据网络均采用冗余方式连接,控制器及电源等冗余配置,控制系统内任一组件发生故障,均不会影响到整个系统工作。OVATION具有丰富的算法模块及应用软件，采用相关数据库技术

3、以及与当今流行软件设计接轨的 Powertools工具使组态更加方便,它易于组态、易于扩展、易于使用。OVATION也提供有全面的数据监控功能，及历史数据、数据趋势信息，人机界面更加友好,可以为机组提供良好的运行控制。 OVATION集中完成DAS、SCS、FSSS、MCS、ECS、DEH、ETS、MEH等功能，两台单元机组的控制分别由两套DCS实现，公用系统（循环水泵房、燃油泵房、空压机、公用厂用电系统、网控系统等）的控制由DCS公用系统实现（其中在循环水泵房、网控楼和燃油泵房燃油输送系统还分别设置了远程I/O机柜），DCS公用系统分别连入两台单元机组DCS网络。 单元机组系统包括12台工作

4、站，即7台操作员站（其中1台为大屏幕操作站）、1台服务器/工程师站、1台历史站、1台OPC服务器、1台SIS通讯管理站，包括18个控制器柜、11个扩展柜、1个继电器柜、1个MFT跳闸柜、2个电源柜、1个交换机柜以及保留机柜5个。 公用系统包括:1台电气操作员站,3个控制器柜、2个扩展柜、2个远程柜、2个电源柜、1个交换机柜。 单元机组除汽包水位CRT和炉膛火焰CRT外，辅盘上只保留有的少量常规数显表计及光字牌，同时增加两台大屏幕。作为后备手操，操作台及立盘还保留有锅炉MFT、汽机打闸、小机打闸、发变组紧急打闸及汽机重要油泵硬启动按钮等。三、DCS系统改造3.1 电源及接地系统 由电气来的UPS

5、 220V AC电源分别进入DCS的 2个电源分配柜，再由A，B电源柜各分配一路电源至各控制器柜，实现电源冗余配置。各控制器柜电源模块具有保护报警功能，电源模块输出的24VDC用于模拟量回路供电及输出继电器的线圈回路驱动，输出的48VDC用于开关量回路信号的查询电压。此外，根据现场设备特点，由电气直流室来的外供48VDC电源连接至相应机柜母排，再由母排并接分配出外供48VDC电源到每个输出DOC卡对应的空气开关，空开配供的48VDC电源经回路串接后，直接驱动现场电磁阀等设备。这样就实现了各个DOC卡之间48VDC驱动电源的相互隔离，减少了单个回路跳闸时引起的事故波及扩大。考虑到设备实际运行情况

6、，对除氧器水位主调电磁阀、给水及炉水泵事故冷却阀三个电磁阀驱动回路，还进行了外供48VDC单独空开配电输出。对每个外供48VDC母排回路，每个数字输出DOC卡空开回路，均设计配有监控继电器和辅助接点，以提供出相应的48VDC电源有效信号。 根据系统要求，机柜单点对地电阻要求小于1。该套DCS系统只有一个统一的公用地，即电气地。电气地可区分为DC COM 和AC COM，即直流地和交流地。AC COM用于外部弱信号的屏蔽地，如：热偶、热阻、电流信号等，AC COM 为故障电流和高频噪声提供了一个低阻抗的排泄通道，使设备外壳与地处于等电位。而DC COM则作为内供48VDC、24VDC等直流电源的

7、公共地负端，它为系统的数字式过程控制建立了一个零电位参考点，同时它也可以有效地消除高频噪声。实际上，DC COM和AC COM在DCS控制器柜内已相互连通。而在各系统控制器柜和扩展柜之间，DC COM采用星形接法而互连，采用这种连接方法可以避免连接线中间某一环节脱落而造成全系统瘫痪；而AC COM由于只作为屏蔽地，故其连接方式设计为盘间串连即可。3.2 TSI系统改造 TSI系统原选用美国BENTLY公司的成套产品。根据设计要求，现统一选用菲立浦MMS6000系列产品，同时对机柜卡件及现场TSI测量探头进行改造及更换。 1）转速测量装置，原为3只测速式发电机，现全部予以拆除更换。统一更换为8只

8、磁阻式转速探头PR9376，其中的3只转速探头用于TSI超速保护，3只探头用于DEH转速基准信号，1只探头用于零转速启停盘车，1只探头用于机头转速表显示。 2）轴向位移装置，原为单只涡流探头测量。为保证机组安全，现更换为三只涡流探头测量，探头型号为PR6423，三测量通道对现场轴向位移信号进行处理后，通过硬回路进行3选2逻辑连接，其输出硬接点直接遮断汽机。 3）原配的TSI系统其轴振信号只有Y方向轴承振动。这次改造在就地新加装了X方向轴振动探头，探头型号为PR6423，其模拟量输出值可直接送到DAS系统显示分析报警。这样就可以对任何一个汽机轴瓦实现X-Y方向轴振及瓦振的在线监测，满足了机组全频

9、分析的需要。 4）根据改造方案，对其它的胀差探头（3套），键相探头（1套），振动探头（16套），偏心探头（1套）均进行了更换。对现场转接端子箱、探头安装支架、探头位移转换装置等也一并进行了部分更换，并对部分转速电缆等进行了重新敷设。3.3 DEH系统 珞璜电厂二期的DEH系统包括OPC、BTC、ATC、TSI、ETS、VMDS等一系列功能。改造前的主汽机控制系统由以下几部分组成： 1）GSE001AR柜 即汽机保安柜，含ETS，调门活动实验等功能。 2）GMA001AR柜 即本体测量柜，含汽机本体的温度压力检测点等。 3）GRE001AR，GRE002AR，GRE003AR柜 即AGC，调门控

10、制，机组并网升荷等功能。 这次DCS改造，已将其中的AGC功能移至MCS，其余的系统准备全部拆除，纳入新DEH。原DEH控制件MICROREC的控制功能现由OVATION控制系统一体实现，但在实际模拟调整实验过程中，由于OVATION公司提供的电液伺服驱动卡输出的调节阀电/液驱动电流最大只能够达到40mA左右，而原ALSTOM公司成套所配套的汽机高、中压调节阀的控制驱动电流需为 600mA左右，OVATION配套的伺服卡件不能输出达到如此高的电/液伺服驱动电流。考虑在新DEH中再加入中间级驱动放大，因系统安全性不保障而放弃。最终的连接方案为：保留原有的RBP2调门定位控制柜不动，即电液控制系统

11、中的机械测量系统、阀位定位系统保留。改由DCS提供标准的电流驱动控制信号，经硬接线到RBP2，由原RBP2系统负责成比例放大，再用于输出以驱动汽机高、低压调门。 原DEH的部分重要压力测量变送器均设计为单测量，根据改造要求，现统一增加为三测量。主要增加的参数有凝汽器真空、汽机润滑油压力、高压缸排汽压力、高压缸第一级蒸汽压力、汽机主汽门前蒸汽压力、中压缸下部进汽压力等。三测量点由逻辑进行3取2后输出，保证了重要参数测量的可靠性。 ETS系统直接纳入DEH，而不是采用单独的PLC式的ETS，ETS的逻辑功能由DEH一体实现，汽机主保护功能组态直观、简洁。盘内电磁阀回路由两个独立的24VDC电源转换

12、模块供电，经硬回路控制停机电磁阀，阀门活动实验电磁阀用24VDC电源由另一个电源转换模块单独供电，保证了实验回路和控制回路的相对独立。 3.4 顺控及MCS系统 为实现节能降耗，与DCS改造配套进行了凝结水泵变频改造，凝泵变频改造设备由北京利德华福电气技术公司成套提供，主要包含变频柜、协调控制柜等。其主控制器选用欧陆T2550，可方便用户进行现场组态和现场监控。远方启停调节及变频反馈信号等通过硬接线连接，顺控保护功能由DCS控制系统来一体实现。 风机振动检测此次选用的也是菲立浦的MMS6000系统，同步对机柜卡件及现场测量元件进行改造及更换。风机振动测量，由集成的一体化模块EPRO MMS31

13、20及测量探头PR9268构成，送风机、一次风机、引风机瓦振探头原来只有单一X向测量，现全部增加Y向瓦振测量，实现振动全频谱监测。乏气风机、排粉风机原振动测量元件为振动开关，监测不直观，现取消振动开关后统一更换为PR9268速度传感器。风机振动柜输出振动连续值用于DAS显示，其继电器输出振动高信号用于风机保护。 制粉优化系统主要包括磨煤机噪音检测装置及相应转换放大控制器。噪音检测装置原一台磨一套，现每台磨组增加一套，实现了磨组噪音的前后侧同步监控，保证了给煤量、配风比等的合理配置，使整个磨组的性能得以优化提高。 为保护机组安全，减少误动。对主蒸汽电动头再增加了一个开完信号，保证其开完信号为 2

14、取2逻辑，以保证信号的准确性。送风机出口、一次风机出口 、引风机出口、空域器出口二次风挡板、空预器烟气挡板，除原内部行程开关开完信号外，还单独在外部挡板机械传动连杆部分增加了一个开完信号，作为开信号的保护双选信号。此外还对部分电动头增加了阀门电气有效信号等。 由于3#机组1#给水泵同步进行了电泵改汽泵工作。故相应DCS部分增加了伺服卡及LVDT阀位回路，增加了MEH汽动给水泵控制系统。 为满足全面监控要求，还增加了部分测点的检测。如除盐水母管压力、乏气风流量等。 对部分重要的模拟量参数，为防止信号干扰，还对其增加了信号隔离装置。3.5 FSSS系统 与此次DCS改造配套进行的有小油枪节油改造项

15、目，其完成的微油燃烧功能将由DCS控制系统来一体实现。小油枪改造项目分C、G层，共4只油枪，就地配套安装4套控制箱，小油枪火检采用可见光火焰检测。小油枪组硬回路功能由就地控制箱实现，DCS完成远方组控及投入保护逻辑等。 为监控锅炉炉膛温度，系统原安装有4只光电高温计，此次改造增加4只，使锅炉左右侧墙各为4只，以满足运行对燃烧工况的全面监控要求，以便实现锅炉安全稳定燃烧。 空预器转速低信号，原就地只安装有转速接近开关一只，为保证该信号的有效性，现统一增加为两只接近开关再2取2输出，这样可有效防止由于接近开关产生漏报、误报而造成的空预器停车。此外，空预器支持轴承、导向轴承油温是温度开关，由于温度开

16、关时延大，校验时误差不易掌控，灵敏度差等原因，对这些油温开关也同步进行了热偶改造。 原磨煤机低压润滑油温度极高，磨组润滑油箱温度低等监测点是3个温度开关。现将A、B磨的上述测点全部更改为热电阻进行检测，再由软逻辑实现油温的高低限输出，这样就实现了油温的全程连续检测，保护了磨组安全。3.6 IDAS及一次元件改造 IDAS原采用ALSTOM配供的冷端补偿器，现场热电偶经补偿箱后统一转换为4-20mA标准信号送到P320进行显示。现根据改造要求，取消就地冷端补偿器，改用上海电力学院生产的QD系列智能前端，锅炉侧布置有11个数据采集前端，汽机侧布置有13个数据采集前端。锅炉侧数据采集前端用双路双绞通

17、讯线将11个前端并接，最后从炉侧1#前端引出数据通讯线连到DCS 7#控制器相应通讯卡件LC和DCS实现通讯。汽机侧IDAS数据通讯线则连至DCS 9#控制器。对部分重要温度测点，单台机组共计131点，则采取直接从DCS敷设补偿电缆到就地的方式实现温度的直接监视。 给水泵工作油出口油温，原设计安装的是GEORGIN的温度开关，在一次元件校验时发现有3只温度开关由于泵体振动原因已损坏，考虑到温度开关的不可靠性，现将泵工作油温度开关全部更换为热电阻进行监测。 一次风，二次风测量装置原为文丘里管和机翼。这次改造予以取消更换。同时对取样管段进行了直段改造，减小取样阻力和取样堵塞。提高了风量测量可靠性。

18、 对部分调节挡板，原为机械式定位器，由于已运行多年，定位器灵敏度大为降低，零点等需反复调节，容易发生阀位漂移。改造时部分定位器进行了更换，统一改装为智能ABB定位器，保证了调节的灵活可靠性。 原现场基地式调节阀，密封油真空油箱油位调节阀、定冷水温度调节阀、燃油雾化蒸汽压力调节阀、连排阀等，一并进入DCS控制系统，取消了就地基地式调节器，实现了远方调节。 燃油流量计改造。将回油及进油流量计更换为为爱默生质量流量计，使燃油流量计量更加准确可靠。3.7其它系统改造 二期循环泵房48VDC供电原采用柜内双路220VAC经EWS600交直流转换开关电源供电，输出使用两个二极管热备用。48VDC经DO通道

19、输出控制启动继电器，进而驱动电磁阀等相关设备。由于机组直流室距泵房距离较远，48VDC不能直接由电缆供给，改造时考虑到电源转换卡件出现故障的几率大，电源可靠性不高，2008年曾因泵房48VDC电源丢失引起机组联跳。为此对二期泵房48VDC电源进行了改进，控制输出用的48VDC双路还是通过电源转换卡提供，但增加了一路09LCC48VDC（泵房直流盘）直接供电，三路电源用二极管隔离热备用，同时接入48VDC有效状态以便监控。四、DCS改造施工的几点体会4.1 本次DCS改造大量采用通讯卡件与辅助系统进行连接。连接的系统包括部分电气量、吹灰、炉管泄露、制粉优化、IDAS、除灰等。辅助系统通过与通讯卡

20、LC模件连接，取消了相应连接电缆，减少了电缆量，节约了成本。对远程I/O站，如循环水泵房、网控楼等，则通过光缆连接，光缆连接能确保远程数据长距离传输的可靠和通讯速率。4.2 对保留机柜，如高低旁柜、RBP2、制粉优化柜、TDM等，其与DCS之间的数据连接全部采用硬接线，保证了控制信号的可靠性。此外还增加了脱硫增压风机系统在集控室的显示功能，还有其它脱硫信号等。4.3 原P320系统设计有一个中间继电器柜，至现场设备如电磁阀等的转接口均在中间继电器柜，输出继电器由P320实现控制。此次改造，OVATION系统DOC卡自带继电器输出，故对连到现场的电磁阀等电缆现已悉数接至各控制器柜，基本不需要中间

21、继电器柜转接。只有少数到现场电磁阀的电缆，由于电缆长度太短等原因，可以把中间继电器柜作为这部分电缆的中间转接端子箱，再通过连盘电缆连接。4.4 中间端子箱问题。由于新旧盘柜位置分布不同以及电缆走向的差异，造成部分原电缆到新盘柜位置后长度不够等情况。鉴于此，对20芯以下电缆，原则上采用锡焊方式进行加长连接。对20芯及以上电缆，则采取了电缆进中间转接端子箱的形式来连接。对大部分20芯以上电缆来说，均存在一根电缆到多个不同控制器柜的分线，所以对到不同的控制器柜可敷设相应芯数的电缆，使盘柜间不再次分线。4.5 此次DCS改造统一用Microsft Visio绘制施工接线图，Visio操作方便，组件功能

22、强大。使接线用SD图简洁直观，易于施工及接线。但由于SD图自身特点，使汇总数据查询时有一定的困难，有时查找问题多少有些不便。在老电缆打标分配新位置时，由于老I/O点和新I/O点不能实现相关数据连接，我方技术人员用智能语句等进行了数据库数据匹配加人工校核，这个工作量大难度也大，但最终还是做到了电缆的无一遗漏和正确分配。4.6 由于是改造项目，施工方和业主之间无设计单位。造成了部分点位接线图错误、少线芯及重复线芯等问题。对DO输出的有源点、无源点，AI点内供电、外供电的把握程度不够，造成了一定的接线返工。此外，双方还针对MCS与FSSS、SCS之间接口部分，进行了硬点连接的详细设计。 4.7 二期

23、两台机组DCS改造涉及I/O点 为26100点，公用系统I/O点为1800点。单台机组保留电缆1500根，盘间电缆敷设近200根，新敷设至就地温度等电缆近200根。由于原机组保留电缆在此次DCS改造中大多存在电缆分线、分区、分盘等问题，给施工接线造成相当大的困难，在施工技术人员及接线人员的共同努力下，最后比较顺利地完成了接线任务。4.8 由于二期工程3#、4#机组及公用系统是成套引进法国ALSTOM公司设备，DCS组态根据原设计及机组特点，在保留原控制系统设计功能的基础上，逻辑功能加以优化，机组的安全性、可靠性方面有了进一步的提高。五、结束语 珞璜电厂二期 3#、4#机组的DCS改造，从旧系统拆除到新系统安装调试完成，机组投入正常运行，前后历时90天。从改造后的情况看，质量、效果令各方满意，运行人员的监盘强度大大减轻了，方便了运行人员的监控。事实证明，珞璜电厂二期 3#、4#机组DCS机、电、炉、公用一体化改造是成功的。